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Hochdruckflüssigkeitszahnradpumpe Die Erfindung bezieht sich auf Hochdruckflüssigkeitszahnradpumpen
mit im Außeneingriff befindlichen Zahnrädern sowie mit festen und auch axial beweglichen
Flanschbüchsen, die einmal für die Zahnradwellenlagerung und zum anderen für die
Abdichtung der Zahnradseitenflächen vorgesehen sind, wobei die Büchse die Zahnradwelle
aufnimmt und die Flansche abdichtend mit den Zahnradseitenflächen in Berührung stehen.
Dabei werden die Flanschbüchsen auf der dem Zahnrad abgekehrten Seite vom Förderdruck
beaufschlagt. In der Innenbohrung weisen diese Hanschbüchsen je eine gegen die Zahnradseitenfläche
offene, konzentrisch angeordnete Entlastungsnut auf.
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Nachteilig wirkt sich bei derartigen Pumpen die Haftneigung der Flanschbüchsen
an den in den Bohrungen befindlichen Zahnräderzapfen aus, wodurch die Pumpenleistung
wesentlich herabgesetzt wird. Die radial außenliegenden Abschnitte der Flanschbüchsen
sind zumeist kühler als ihre innenliegenden Abschnitte, denn sie sind von einer
größeren Menge Kühlflüssigkeit umspült, während die radialen Innenabschnitte nur
der zu den Entlastungsnuten gedrückten Flüssigkeit ausgesetzt sind. Es ist sonach
gar nicht verwunderlich, daß die Flanschbüchsen immer das Bestreben haben, sich
radial nach innen auszudehnen. Hierbei wird ein Druck erzeugt, der ein Festfressen
bzw. ein Haften der Lagerzapfen bedingt.
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Erschwerend kommt noch hinzu, daß es im allgemeinen nicht möglich
ist, die dabei entstehende Wärme in befriedigender Weise nach außen abzuführen.
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Diesem übelstand wirksam zu begegnen, ist die Hauptaufgabe der Erfindung,
indem sie eine Einrichtung vorsieht, mit deren Hilfe eine bestimmte, radial nach
innen erfolgende Ausdehnung der Flanschbüchsen ermöglicht wird, ohne daß ein Haften
der Lagerzapfen eintreten kann. Es unterliegt offensichtlich gar keinem Zweifel,
daß große Metallmassen für die Flanschbüchsen einem solchen Bestreben von vornherein
entgegenstehen. In wahrer Erkenntnis dieses Tatbestandes hat man daher schon in
der Rück- oder Treibfläche Vertiefungen eingearbeitet, die außer einer Herabsetzung
der Masse gleichzeitig eine Oberflächenvergrößerung für den Umlauf der Flüssigkeit
innerhalb der in der Flanschbüchse befindlichen Treibkammern bilden. Es wurde auch
schon auf dem außenliegenden rohrförmigen Abschnitt der Flanschbüchse zwischen Pumpengehäuse
und rückliegender Arbeitsfläche eine mit der Büchse aus einem Stück bestehende Verbreiterung
vorgesehen, die die Abdichtung in ihrer ihr zukommenden Stellung hält. Eine derartige
Notlösung konnte wegen unzulässig hoher Herstellungskosten nicht beschritten werden.
Außerdem war sie deshalb auch nicht befriedigend, weil gestufte Außenflächen gegenüber
platten zylindrischen Flächen immer nachteilig sein müssen. Die Erfindung löst die
seit langem die Fachwelt beschäftigende Aufgabe nun in der Weise, daß die Entlastungsnut
in axialer Richtung auf eine Strecke ausgedehntwird, die gleich oder größer ist
als die axiale Dicke des dünnsten Abschnittes des Büchsenflansches, um ein Verklemmen
der Flanschbüchse auf der Zahnradwelle mit absoluter Sicherheit zu verhindern.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Flansche der
Flanschbüchsen mit einer konzentrischen ringförmigen Ausdehnung auf der den Zahnrädern
abgelegenenFlächeversehen sind, dehnt sich die Entlastungsnut in axialer Richtung
auf eine Strecke aus, die gleich oder größer ist als die Dicke des Flansches an
seiner schwachen Stelle zwischen der zahnradseitigen Stirnfläche und dem Grund der
Ausdrehung. Schließlich ist für die Erfindung noch charakteristisch, eine in die
Ausdehnung hineinreichende Distanzbuchse auf die Flanschbüchse zu ziehen, die einen
die Buchse außen abdichtenden Dichtungsring in einer entsprechenden Erweiterung
der die Buchse aufnehmenden Gehäusebohrung festhält.
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Im folgenden soll nunmehr Wesen und Wirkungsweise der Erfindung an
Hand zeichnerischer Ausführungsbeispiele näher erläutert und beschrieben werden.
In der Zeichnung stellt
Fig.l einen Teillängsschnitt durch eine
Hochdruckflüssigkeitszahnradpumpe nach der Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt nach
Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 und 4 eine Flanschbüchse in vergrößertem Maßstab dar.
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In dem mit Kammern versehenen Pumpengehäuse 10 ist ein getriebenes
Zahnrad 11 und ein mit diesem Zahnrad im Eingriff stehendes Treibrad 12 drehbar
gelagert. Das getriebene Zahnrad ist mit einer Welle 13 versehen, die an ihrem rechten
Ende von einer auf hohen Flüssigkeitsdruck ansprechenden, axial beweglichen Flanschbüchse
14 und an ihrem linken Ende von einer ortsfesten Flanschbüchse 15 drehbar getragen
wird. Zahnrad und Flanschbüchsen sind in einer in dem Pumpengehäuse 10 vorgesehenen
ersten Kammer 16 so untergebracht, daß eine Axialbewegung der Flanschbüchse 14 möglich
ist. In gleicher Weise befindet sich an der rechten Seite des Treibrades 12 eine
auf hohen Flüssigkeitsdruck ansprechende, axial bewegliche Flanschbüchse 17, während
an seiner linken Seite eine ortsfeste Flanschbüchse 18 vorgesehen ist. Die das Treibrad
tragende Welle 19 ist mittels der Flanschbüchsen 17 und 18 drehbar gelagert und
kann mit jeder beliebigen Antriebsvorrichtung verbunden werden. Das Treibrad mit
seinen zugeordneten Flanschbüchsen liegt in einer zweiten Kammer 20, die in dem
Gehäuse in der Nähe und parallel zur Kammer 16 untergebracht ist. Zwischen dem rechts
liegenden Ende der Flanschbüchse 17 und der benachbarten Gehäusestirnwand ist ein
genügend großer Abstand für eine Axialbewegung der Flanschbüchse 17 vorgesehen.
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An der linken bzw. rechten Seite des Gehäuses (Fig. 2) befindet sich
ein Einlaß- und Auslaßkanal 21, 22. Der von den Zahnrädern erzeugte Druck wird von
der Auslaßseite oder der Druckseite der Pumpe den Arbeitsflächen 23 und 24 der axial
beweglichen Flanschbüchsen durch einen Kanal 25 zugeleitet, der mit der Auslaßleitung
22 verbunden ist. Dieser in der Fig. 1 das Gehäuse 10 durchsetzende Kanal
ist nur schematisch dargestellt.
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Zur Erzielung einer anfänglich, d. h. schon vor Inbetriebsetzung der
Pumpe, bestehenden Abdichtung zwischen den Flanschbüchsen und den Zahnradstirnwänden
sind in den rechten Kammerseiten 16 bzw. 20 Druckfedern 26 und 27 untergebracht,
die sich an die parallelen Rohrabschnitte der Flanschbüchsen anlegen und auf diese
Weise die Flanschbüchsenvorderflächen an die Zahnradstirnwände andrücken.
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Nach der Erfindung soll nun ein Verklemmen der Flanschbüchsenlagerbohrungen
mit den Zahnräderzapfen verhindert werden. Die Ursache für ein derartiges Verklemmen
liegt in der nach einwärts erfolgenden Ausdehnung der Büchsenflansche infolge Erwärmung
beim Arbeiten der Pumpe. Die radial außenliegenden Abschnitte der Flansche der Flanschbüchsen
sind für gewöhnlich kühler als der übrige Teil bzw. seine radial einwärts gelegenen
Abschnitte, weil sie von einer größeren Kühlflüssigkeitsmenge bespült werden. Diese
Kühlflüssigkeit setzt sich aus der in den Zahnzellen befindlichen und der unter
hohem Druck stehenden Flüssigkeit zusammen, die in den Treibkammern der Pumpe umläuft.
Die radial einwärts liegenden Abschnitte der Flansche sind nur derjenigen Flüssigkeit
ausgesetzt, die entweder in die in den Vorderflächen der Flanschbüchsen oder in
den Seitenwänden der Zahnräder angeordnete Entlastungsnut gedrückt wird. Ein solches
Verklemmen wird aber auch durch die Größe der Metallmasse begünstigt, aus der der
Tragflansch besteht.
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Wie sich aus den Fig. 1 und 3 ergibt, weisen die axial beweglichen
Flanschbüchsen 14 und 17 in ihren Vorderflächen ringförmige Entlastungsnuten 28
und 29 auf. In den Bohrungen der Rohrabschnitte 32 und 33 der Flanschbüchsen sind
nahe den Zahnradwellen 13 und 19 in Längsrichtung verlaufende Kanäle oder Nuten
30 und 31 vorgesehen, die die Entlastungsnuten 29 und 28 mit den rechts liegenden
Verlängerungen der Kammern 20 und 16 verbinden. Diese stehen mit der Einlaßöffnung
der Pumpe in Verbindung und werden für gewöhnlich auf einem mittleren Druck gehalten,
d. h. auf einem Druck, der kleiner als der Förderdruck, aber größer als der Ansaugdruck
ist.
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Der Flanschabschnitt der Flanschbüchse 17 (Fig. 3) hat eine ringförmige
Ausdrehung 34, deren radial gerichtete Innenwand einen Ansatz einer glatten zylindrischen
Außenfläche des rohrförmigen Abschnittes der Büchse bildet. Die Endwand der Ausdrehung
34 bildet die eine Seitenwand des Stegabschnittes 35 des Büchsenflansches, wodurch
eine wesentliche Verminderung der Metallmassen herbeigeführt ist. Um den Abdichtungsring
39 in richtiger Stellung zu halten, liegt innerhalb der Druckkammer 36, und zwar
von der Flanschbüchse 17 und dem Gehäuse 10 begrenzt, eine Distanzbuchse 37 von
verhältnismäßig flacher Querschnittabmessung, die auf der einen Seite in die Ausdrehung
34 hineinreicht und auf der anderen Seite von einer entsprechenden Erweiterung 38
der Gehäusebohrung aufgenommen wird und damit den Dichtungsring auf dem Rohrabschnitt
33 der Flanschbüchse und in dem Gehäuse festhält.
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Zum Beheben des Verklemmens während des Arbeitens der Pumpe ist die
radial einwärts der Zahnwurzeln an der Vorderfläche der Flanschbüchse angeordnete
ringförmige Entlastungsnut 29 um eine Strecke ausgedehnt, die mindestens gleich
der Dicke des Flansches 35 oder etwas größer ist, wie dies in dem mit A bezeichneten
übertrieben großen Abschnitt der Fig.3 angedeutet ist. Infolge der Vergrößerung
der Tiefe der ringförmigen Nuten 29 wird bei Erwärmung der radial innen gelegenen
Abschnitte der Flansche der Flanschbüchsen erfolgende radiale Ausdehnung nach innen
kompensiert und durch die Oberflächenvergrößerung leichter in den Außenabschnitt
des Flansches zerstreut werden, wodurch sich eine wirksamere Kühlung der Lagerbüchsen
und ein entsprechender Gewinn an Pumpenleistung ergibt.
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Was von der Flanschbüchse 17 im Zuge der Erläuterungen ausgeführt
wurde, gilt gleichermaßen auch für die Flanschbüchse 14.
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Auch für die Fig. 4 gilt im wesentlichen dasselbe, was bei der Erläuterung
der Fig. 3 gesagt wurde. Bei dieser Ausführung besitzt die Flanschbüchse keine auf
der Rückseite befindliche ringförmige Vertiefung, die der Ausdrehung 34 in Fig.
3 entspricht. Der Abdichtungsring ist hierbei längs des Rohrabschnittes der Flanschbüchse
17 aufgesetzt. Die vordere ringförmige Entlastungsnut 29, die sich radial einwärts
der Zähne des Zahnrades befindet, erstreckt sich auf eine Tiefe, die mindestens
gleich oder etwas größer als die Flanschdicke ist. Die Verlängerung ist etwas übertrieben
an der Strecke B dieser Figur dargestellt.
Es soll nicht unerwähnt
bleiben, daß auch die mit dem Gehäuse fest verbundenen Flanschbüchsen Anlaß zur
Verklemmung geben. Deshalb erscheint es zweckmäßig, die erfinderische Maßnahme auch
hierauf anzuwenden.
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Bei den geschilderten Ausführungen wird immer etwas Kühlflüssigkeit
in die rückliegenden Abschnitte der Gehäuseflanschbüchsen einsickern, so daß diese
Abschnitte einem kleinen, eine wirksame Kühlung verursachenden Flüssigkeitsstrom
ausgesetzt sind und auf diese Weise ebenfalls ein Verklemmen weitgehend vermindert
wird.
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Die in der Beschreibung verwendete Bezeichnung von Teilen als rechts
bzw. links liegend soll nur der Verständniserleichterung dienen und sich dabei lediglich
auf die in den Zeichnungen angegebenen Relativstellungen beziehen.